電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS

1、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(簡稱PSS)是勵磁系統(tǒng)的一個附加功能，用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理

2、，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。由試驗可見： (1)勵磁控制系統(tǒng)滯后特性基本分為兩種：自并勵系統(tǒng)(約-40°90°)：勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)(約-40°-150°)。(2)同一頻率角度范圍，表示同一發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)在不同的系統(tǒng)工況和發(fā)電機(jī)工況下有不同的滯后角度，從幾度到十幾度，其中也包含了測量誤差。(3)溫州電廠與臺州電廠雖采用同一勵磁控制系統(tǒng)，因轉(zhuǎn)子電壓反饋和調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)不同，勵磁系統(tǒng)滯后特性發(fā)生明顯變化。(4)勵磁調(diào)節(jié)器的PSS迭加點位置不同，勵磁控制系統(tǒng)滯后特性也不同。2.有補償頻率特性的測量 有補償頻率特性，由無補償

3、頻率特性與PSS單元相頻特性相加得到，用來反映經(jīng)PSS相位補償后的附加力矩相位。DLT650-1998大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件提山，有補償頻率特性在該電力系統(tǒng)低頻振蕩區(qū)內(nèi)要滿足-80°-135°的要求，此角度以機(jī)械功率方向為零度。根據(jù)試驗的方便情況，可采用兩種方法：(1)斷開PSS信號輸入端，在PSS輸入端加噪聲信號，測量機(jī)端電壓相對PSS輸入信號的相角：(2)PSS環(huán)節(jié)的相角加上勵磁控制系統(tǒng)滯后相角。 由試驗可見：(1)通過調(diào)整PSS參數(shù)，可以使有補償頻率特性在較寬的頻率范圍內(nèi)滿足要求。 (2)ALSTHOM機(jī)組PSS低頻段相位補償特性未能滿足要求。(3)

4、北侖電廠1號機(jī)PSS在小于04Hz范圍增大隔直環(huán)節(jié)時間常數(shù)，使之低頻段有良好的相位補償特性，而且提升放大倍數(shù)(02Hz處提高176倍)。3.PSS放大倍數(shù)和輸出限幅 PSS放大倍數(shù)都以標(biāo)幺值表示。輸入值按PSS信號是哪一種，取機(jī)組額定有功功率、額定轉(zhuǎn)速或額定頻率為基值。輸出值以PSS迭加點額定機(jī)端電壓為基值。當(dāng)PSS迭加點與電壓迭加點不一致時，要按低頻振蕩頻率下的環(huán)節(jié)放大倍數(shù)折算額定機(jī)端電壓值。因PSS中的超前滯后環(huán)節(jié)影響放大倍數(shù)，本文以1Hz下的放大倍數(shù)進(jìn)行比較.4.PSS開環(huán)頻率特性 開環(huán)頻率特性用于測量增益裕量及相角裕量，判斷閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，判斷PSS放大倍數(shù)是否適當(dāng)?？稍赑SS輸

5、入端或PSS輸出端解開閉環(huán)進(jìn)行測量。由表5可見，除臺州電廠7、8號機(jī)和北侖電廠2號機(jī)以外，開環(huán)頻率特性的增益裕量及相角裕量均符合DLT650-1998標(biāo)準(zhǔn)的要求，增益裕量大于6dB、相角裕量大于40°。5.負(fù)載電壓給定階躍響應(yīng) 負(fù)載電壓給定階躍響應(yīng)作為為驗證試驗項目，可以直接觀察PSS投入引起地區(qū)內(nèi)與本機(jī)有關(guān)振蕩模式阻尼比的提高，從表6中可見振蕩頻率均在118Hz以上。階躍響應(yīng)不能檢驗區(qū)域間與本機(jī)有關(guān)振蕩模式阻尼比的提高。試驗結(jié)果表明，以上機(jī)組PSS的作用均有效。有的機(jī)組對負(fù)載電壓階躍反映遲鈍，以至難以測量，這可能是調(diào)節(jié)器的一些環(huán)節(jié)濾去了階躍信號中的高頻分量，也可能是在試驗工況下系統(tǒng)

6、組尼比較大。二、對PSS工作的幾點看法1、關(guān)于相位補償?shù)念l率范鬧 DLT650-1998大型汽輪發(fā)機(jī)自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條仆提出了PSS應(yīng)滿足該機(jī)各振蕩模式下的相位補償要求，其振蕩頻率一般在02Hz20Hz范圍內(nèi)。相位補償可按分析計算得出該系統(tǒng)振蕩模式的實際頻率范圍設(shè)計，也可按02Hz20Hz頻率范圍設(shè)計。后者因頻帶寬，不易在全范圍滿足要求，如果有一定的經(jīng)驗，也可以經(jīng)初步分析后進(jìn)行現(xiàn)場試驗整定。以上所列浙江電網(wǎng)PSS整定I作均為不依靠系統(tǒng)計算分析，僅由現(xiàn)場試驗整定。除ALSTHOM機(jī)組PSS因沒有可調(diào)整點無法擴(kuò)大相位補償?shù)念l率范圍之外，其它機(jī)組在05Hz16Hz內(nèi)滿足-60°-13

7、5°有補償頻率特性的要求。這里要指出，在DLT6501998發(fā)布之前，采用有補償頻率特性-60°-135°的要求：DLT650-1998提出了有補償頻率特性-80°-135°的要求。 ALSTHOM機(jī)組PSS的相位補償僅滿足075Hz以上低頻振蕩范圍的要求。其原因是PSS僅設(shè)計一個隔直環(huán)節(jié)，沒有超前滯后環(huán)節(jié)。建議：(1)對電力系統(tǒng)進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性分析后，判斷ALSTHOM機(jī)組PSS是否需要重新設(shè)計。(2)應(yīng)在供貨前提供勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)，得到確認(rèn)后再發(fā)貨。 現(xiàn)場試驗整定的條件為，勵磁調(diào)節(jié)器可以進(jìn)行勵磁系統(tǒng)滯后特性的測量，即可以在PSS迭加點加

8、入測量川的噪聲信號。但有些微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器做不到。對此，DLT650-1998柄；準(zhǔn)中明確要求，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)具備測量勵磁控制系統(tǒng)滯后特性的功能。將PSS計算分析得到不同運行方式利事故狀況下的勵磁系統(tǒng)滯后特性，結(jié)合現(xiàn)場試驗實測勵磁系統(tǒng)滯后特性，從而合理而準(zhǔn)確地整定PSS參數(shù)。2、關(guān)于振蕩模式的分析 通過振蕩模式的分析，了解各振蕩模式的振頻和阻尼比。 PSS首先應(yīng)保證在大小運行方式下阻尼比均滿足要求。于是要分析無PSS時大小運行方式下的阻尼比，確定必須投入PSS的電廠和機(jī)組。 電力系統(tǒng)故障以后阻尼往往被削弱，所以要進(jìn)行故障預(yù)測和故障后動態(tài)穩(wěn)定性分析，以判斷在故障情況FPSS是否仍可為系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定提供

9、足夠的正阻尼。如存在問題，需進(jìn)行進(jìn)一步研究。各振蕩模式的振頻應(yīng)包括在PSS頻帶范圍內(nèi)。 由于振蕩模式分析需要電力系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)的參數(shù)，需要運行狀態(tài)和分析經(jīng)驗的積累，建議在開展分析工作的同時，不失時機(jī)地通過現(xiàn)場試驗將大型汽輪發(fā)電機(jī)組PSS投入運”。通過投入試驗來驗證和改進(jìn)分析工作，用計算分析來指導(dǎo)和簡化PSS投入試驗。3、關(guān)于PSS放人倍數(shù) PSS放大倍數(shù)可按臨界放大倍數(shù)的1315整定。浙江電網(wǎng)PSS試驗均采用測量開環(huán)頻率特性穩(wěn)定裕量的方法測量調(diào)整PSS放大倍數(shù)。其原因有三個：一是測量開環(huán)頻率特性穩(wěn)定裕量采用加白噪聲到勵磁系統(tǒng)的方法，試驗簡單，且對發(fā)電機(jī)的擾動較小，試驗安全：二二是有的裝置PSS

10、放大倍數(shù)調(diào)整困難，臨界放大倍數(shù)不易達(dá)到：三是有的裝置PSS放大倍數(shù)做死了，沒法調(diào)整。在已進(jìn)行的9處PSS試驗中，只有臺州電廠7、8號機(jī)ALSTHOM機(jī)組的增益裕量和相角裕量都小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，說明采用測量開環(huán)頻率特性穩(wěn)定裕量的方法來測量調(diào)整PSS放大倍數(shù)是可行的。 臺州電廠7、8號機(jī)ALSTHOM機(jī)組的增益裕量和相角裕量小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，但是其PSS放大倍數(shù)卻只有027和048，在9臺機(jī)的PSS放大倍數(shù)中偏小。北侖電廠1號機(jī)PSS計入PSS迭加點到勵磁電壓的放大倍數(shù)后，從PSS信號輸入點到勵磁電壓的總放大倍數(shù)看，與穩(wěn)定裕量的關(guān)系是明確的. 臺州電廠7、8號機(jī)和北侖電廠2號機(jī)總放大倍數(shù)人于其它機(jī)組一

11、倍以上，它們的穩(wěn)定裕量明顯低于其它機(jī)組。臺州電廠5號機(jī)組和溫州電廠1、2號機(jī)組有著相近的總放大倍數(shù)，但是它們的穩(wěn)定裕量有差別，這說明放大倍數(shù)與機(jī)組在系統(tǒng)中的位置有 關(guān)，放大倍數(shù)需要由試驗或計算的穩(wěn)定裕量來決定。 對一些原動機(jī)穩(wěn)定性不是很好、平時有功功率就有波動的機(jī)組，若PSS僅采用有功功率信號，會增加機(jī)組有功功率的波動。因為僅采用有功功率信號的PSS有反調(diào)作用。對此，首先應(yīng)減小原動機(jī)的擾動，其次PSS取較小的放大倍數(shù)。4關(guān)于PSS輸出限幅 放大倍數(shù)大，PSS輸出就容易限幅。比如取有功功率為信號的PSS放大倍數(shù)為1，輸出限幅為5，當(dāng)有功功率波動大于5就限幅，即使有功功率波動人到無窮，PSS輸出只使基波幅值增加到5的127倍。一般認(rèn)為，PSS輸出限幅可以按510考慮。不同的振蕩模式和強(qiáng)度對系統(tǒng)的破壞是不同的。故障發(fā)生可能伴隨幾種振蕩模式，限幅是不加區(qū)別的削弱PSS信號對各種振蕩模式的控制。智能式的PSS有可能判別嚴(yán)重后果的振蕩模式并加大對其的控制力度。5核實振蕩模式分析結(jié)果 可以通過勵磁系統(tǒng)加入階躍信號給系統(tǒng)一個激勵，分析該響應(yīng)，得到與本機(jī)有